Java异常处理

简介

何为异常处理

在计算机科学中,异常处理(Exception Handling)指的是在计算过程中对异常情况做出的响应处理。异常情况通常需要通过特殊的处理,通常做法就是改变程序的正常执行流程。

在编程世界中异常处理机制通常是不同的语言有不同的实现;在硬件中异常处理通常是通过中断(interrupts)实现;针对程序中的异常,操作系统通过IPC(Inter-Process Communication,进程间通信)提供出异常处理的设施。

异常处理的意义

  • 提高健壮性,提前对可能发生的异常情况预判处理提高稳定性和可用性(如,预判网路异常然后在异常处理中进行重试)
  • 利于错误恢复和错误处理,针对不同的异常进行不同的处理
  • 有利于发生异常时问题的排查和解决(如,通过logger可以知道错误发生的地方、错误详情等信息)

Java的异常处理机制

Java中的异常

Java中的异常大概如下:


image.png

其中检查异常(checked)是指需要在程序中明确使用try-catch代码或者显示throw处理的异常,而非检查异常则不需要强制处理异常。

其中,Error是JVM处理严重错误而抛出的而且这种错误一般是无法恢复的,我们日常编程中基本使用不到;而ExceptionRuntimeException是我们日常使用比较多的,常见的ExceptionIOExceptionSocketTimeoutException,常见的RuntimeExceptionNullPointerExceptionIndexOutOfBoundsException

这里有个一直的争论,就是有人认为Java的检查异常就是设计上的错误,因为checked异常需要显示处理或者throw,而且如果没有处理则需要不断throw,假设是底层接口那么该异常将会不断蔓延扩大,而且try-catch本身就是对编程不友好的虽然他能够提高代码的健壮性,但从另外一个角度来说,我们真的能够在发生异常的时候进行错误恢复吗?答案是不能的或者是极少。所以,检查异常的利与弊争论是一直有的,这里不再展开。

异常处理方法

看个栗子:

public class DateUtils {
    
    public static Date parseA(String date, String format) {

        try {
            return new SimpleDateFormat(format).parse(date);
        } catch (ParseException e) {
            System.out.println("Date parse error," + e.getMessage());
            throw new RuntimeException("Date parse error," + e.getMessage(), e);
        }

    }

    public static Date parseB(String date, String format) throws ParseException {
        return new SimpleDateFormat(format).parse(date);
    }


    public static void main(String[] args) {
        
        Date dateA = DateUtils.parseA("2018-10-07", "yyyy-MM-dd");
        
        try {
            Date dateB = DateUtils.parseB("2018-10-07", "yyyy-MM-dd");
        } catch (ParseException e) {
            e.printStackTrace();
        }

    }
    
}

可以看出,异常处理主要两种方法:

  • throws,显示抛出,在方法签名表明该方法调用需要处理异常(其实就是把异常交给上层调用方处理)
  • try-catch,捕获并处理

Java异常处理的实现

也许我们会好奇,Java是如何处理异常的,特别是try-catch的语法,Java是如何在异常发生时执行catch代码块的?
这里我通过上面的例子通过javap命令反编译看parseA方法如下:

public static java.util.Date parseA(java.lang.String, java.lang.String);
    Code:
       0: new           #2                  // class java/text/SimpleDateFormat
       3: dup
       4: aload_1
       5: invokespecial #3                  // Method java/text/SimpleDateFormat."<init>":(Ljava/lang/String;)V
       8: aload_0
       9: invokevirtual #4                  // Method java/text/SimpleDateFormat.parse:(Ljava/lang/String;)Ljava/util/Date;
      12: areturn
      13: astore_2
      14: getstatic     #6                  // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
      17: new           #7                  // class java/lang/StringBuilder
      20: dup
      21: invokespecial #8                  // Method java/lang/StringBuilder."<init>":()V
      24: ldc           #9                  // String Date parse error,
      26: invokevirtual #10                 // Method java/lang/StringBuilder.append:(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder;
      29: aload_2
      30: invokevirtual #11                 // Method java/text/ParseException.getMessage:()Ljava/lang/String;
      33: invokevirtual #10                 // Method java/lang/StringBuilder.append:(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder;
      36: invokevirtual #12                 // Method java/lang/StringBuilder.toString:()Ljava/lang/String;
      39: invokevirtual #13                 // Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V
      42: new           #14                 // class java/lang/RuntimeException
      45: dup
      46: new           #7                  // class java/lang/StringBuilder
      49: dup
      50: invokespecial #8                  // Method java/lang/StringBuilder."<init>":()V
      53: ldc           #9                  // String Date parse error,
      55: invokevirtual #10                 // Method java/lang/StringBuilder.append:(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder;
      58: aload_2
      59: invokevirtual #11                 // Method java/text/ParseException.getMessage:()Ljava/lang/String;
      62: invokevirtual #10                 // Method java/lang/StringBuilder.append:(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder;
      65: invokevirtual #12                 // Method java/lang/StringBuilder.toString:()Ljava/lang/String;
      68: aload_2
      69: invokespecial #15                 // Method java/lang/RuntimeException."<init>":(Ljava/lang/String;Ljava/lang/Throwable;)V
      72: athrow
    Exception table:
       from    to  target type
           0    12    13   Class java/text/ParseException

可以看到有Exception table异常表,这里就是我们Java代码中的try-catch范围,而且也是生成异常栈轨迹的来源,这就方便JVM处理异常已经异常栈轨迹的生成。

从这里可以知道,Java异常处理的原理就是通过Exception table来定义程序异常的出入口的。

如何正确处理异常

这里列出一些工作中通常的异常处理原则,《Effective Java》第2版第九章介绍得很清楚,这里列举一些常用的:

  • 重新抛出的异常必须保留原来的异常,即throw new NewException("message", e), 而不能写成throw new NewException("message"),保证异常栈轨迹不被忽略
  • 在所有异常被捕获且没有重新抛出的地方必须打印日志
  • 如果属于异常的空异常处理块必须注释说明原因,否则不允许空的catch块
  • 框架尽量捕获低级异常,并封装成高级异常重新抛出,隐藏低级异常的细节
  • 不允许用e.printStackTrace()打印异常,因为这样会输出到控制台而且没有备份,没有类信息,没有基本难以使用,正确做法是统一交给日志框架处理
  • 优先使用标准异常,使用标准异常能够一目了然知道什么错误,如Java提供的IllegalArgumentExceptionUnsupportedOperationException
  • 尽量捕获特定异常而不是捕获Exception,这样才能够针对特定异常做特定处理
  • 尽量捕获特定异常代码而不是一个try-catch包含了所有代码
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